Pereller Shafts'ta Torsion'ı Anlamak
Torsion:11, uygulanan bir tonluk nedeniyle bir nesnenin yanı sıra, söndürücünün (düşün) altındaki temel bileşenlerdir.(TFL)=0)
Deniz tahrik sistemlerinde, tork sürekli değildir. Motorlar silindir atış nedeniyle tork üretir (özellikle reciprocat motorlarında), ve pervane dalgaların değişken yüklerini yükler, kalibre ve hull uyanır. Bu nedenle, mil hem istikrarlı devlet hem de dinamik torsional yükler için tasarlanmıştır.
Torsion Analizinin Kiriş Tasarımında Etkili Rol
Torsion analizi sadece bir hesaplama egzersiz değildir; doğrudan mil çapında, malzeme seçimi, makyaj seçimi ve darbelerin tasarımı, flanges ve anahtar yolları.Enestimating torsional stresses[Dönlendirme) aşırı yükleme, gereksiz ağırlık ve maliyetle ilgili olarak, modern deniz mili tasarımı takip eder.(e.g., 03., 03.NOT:0ABS kuralları)
Kapsamlı bir torsion analizinde önemli faktörler şunlardır:
- [FONT=0)Torque büyüklüğü ve varyasyonu:[Dönetici:[D) Motor gücü (T = P / ω) ve torsional vibrasyon nedeniyle dinamik tork.
- [FONT=0)Shaft geometrisi:[Dönetici:[Döntgen: 1 ) Katı vs. boş bölümler, basamaklı hatlar ve yataklar arasındaki uzun.
- [FONT=0)Malzeme özellikleri:[Dönetici:[Dönetici:0)) Shear modulus (G), hear'da güç verir ve yorgunluk dayanıklılık sınırı.
- [FONT:0]Stress konsantrasyonları:[Dönler, kenarlar, flange dolumları ve çapında değişiklikler.
- [FONT:0)Operasyonel Profil:[Dönetici:[Dönetici:0) Steady kriuising, manevra ve acil koşullar (örneğin, kaza dur).
Mühendisler ayrıca birleşik yüklemeyi düşünmeli: ikna edici bir şekilde baskınken, mil aynı zamanda pervanerin ağırlığı ve itmelerinden de çekiniyor ve bazen aksiyel gerilimler.Bu birleşik stresler von Mises veya maksimum hear stres kriterlerini kullanıyor.
Torsional Titreşim - Gizli Tehdit
Deniz tahrik sisteminde torsion analizinin en kritik yönlerinden biri, resonance'ın 10 veya daha fazlası için stresler meydana geldiğinde, dişlerdeki hızlı yorgunluk başarısızlığına yol açabilir.
Bunu azaltmak için mühendisler, torsional titreşim analizi (TVA) özel yazılım veya analitik yöntemler kullanarak bir torsional vitreus (pırk, pervane, darbe veya melodi) gerçekleştirirler ve sistem işletim hız aralığında rezonansdan kaçınmak için tasarlanmıştır.
Sınıf toplumları yeni tasarımlar için torsional vibrasyon analizi gerektirir. Örneğin, [[DüzgT:0)IMO düzenlemeleri) Gemi güvenlik kuralları aracılığıyla dolaylı olarak güvenli tasarım gerektirir. İyi eğitimli bir TVA raporu genellikle onay sürecinin bir parçasıdır.
Propeller Shafts için tasarım göz önüne alınır
Bir pervane milinin tasarımı, torsion gücünün ötesine geçer; mekanik güvenilirlik, ağırlık optimizasyonu, korozyon direnci ve kullanılabilirlik arasında bir denge içerir. Shafts genellikle ondövlü çelik (örneğin, ASTM A668 Sınıf D veya EN 10083-grad alaşımları) yüksek verim ve iyi yorgunluk özellikleri ile yapılır.
Shaft Sizing ve Malzeme Seçme
En az mil çapı genellikle sınıflandırma toplumun formülü tarafından belirlenir: [[Üyetim:0) = 100 K (P / N) ^ (1/3)), P'nin güç (kW), N'nin rotasyon hızı (malzeme), ve K, standart çelik için minimum bir minimum minimum düzeyde olacaktır. ancak mühendisler, basınç limiti vetau azaltmak için çapını artırabilirler; = 16T / (π d3). Örneğin, bir mil için 10 MW ilet aktarmalıdır.
Hollow miller yüksek torsional gücü korurken ağırlık tasarrufu sunar. Dış-kampiyonsal ortalama oranı genellikle 0.6 ila 0.8 arasında değişmektedir. Kilo azaltma, eşdeğer torsional sertlikle karşılaştırıldığında sağlam bir mil ile kıyaslanabilir, ki bu uzun miller yükleri ve bilgeleri azaltmak için faydalı.
Stres Yoğunluğu ve Fatigue Life
Shaft başarısızlıkları genellikle önemli noktalar, splines, flange geçişleri ve sert bir şekilde sert kesme ömrüne yol açabilir. Tasarım yönergeleri cömertçe dolum yüzeyinin (mevcut) ve dikkatli anahtarlama tasarımının iyileştirilmesini önerebilir.
Torsional yükleme altında yapılan değerlendirme, S-N eğrisi (stress vs. döngüsü) malzeme için kullanım limitidir.Toksion'daki çelik miller için dayanıklılık sınırı genellikle nihai çekme gücünün% 55-60'ı dikkate almalıdır.
Havuzlar ve
Maske orta yataklar tarafından destekleniyor (beyaz metal keten veya yuvarlanıcı) mili ağırlığı taşıyor ve pervaneden aksiyel itme iletilmektedir.Tahkalatıcı yükler doğrudan hizalamaz, ancak bir bükülmeli mil darbeye neden olabilir, başarısızlıklara yol açabilir.
Gelişmiş Analiz Yöntemleri Yöntemleri Yöntemleri
Analitik formüller ilk boyut için yeterli olsa da, modern tasarım ayrıntılı stres ve titreşim analizi için hesaplama araçlarına dayanmaktadır.
Finite Element Analizi (FEA)
FEA, adımlı miller, anahtar yollar ve flanges doğru stres dağılımı ile modelleme sağlar. Modeller ayrıca yorgunluk modüllerini kullanarak birleşik bir torsion, bükme ve aksiyel yükler de içerir.Q[Dönder titreşim, FEA, dağıtılmış kütle ve sertlikten daha tam olarak yakalayabilir.[Dönemli modeller) “Düzük modülleri kullanarak sınırsız yaşam veya çatlakları da bükebilir.
Örnek: Bir torsional FEA of a pervaner mil with a keyway shows stres konsantrasyon faktörü (K t) of 2.5 in the keyway köşesinde. Bu K t kullanarak, mühendis gerçek stres aralığı hesaplayabilir ve yorgunluk yaşam tahminini uygulayabilir. analiz kılavuzları geometri optimizasyonu, anahtar sonunda bir yarı eklemek veya anahtar bir bağlantı kullanmak gibi.
Torsional Titreşim Analizi (TVA) Yazılım
Özel TVA araçları:0)AVL EXCITE), [[Dönetici:2)Ricardo WAVE[D:3) veya [[Dönetici:0)Simcenter[DDDÜSTRİYEDÜSÜSÜSTRİYE) modeli, motordan gelen tam sürücüyü pervanelere uygun olarak hesaplamak ve motor atış siparişleri ve pervaneleri nedeniyle zorlanır.
Deneysel Test
Simülasyonda ilerlemelere rağmen, fiziksel testler geçerlilik için önemlidir. Prototip miller veya ölçeklenmiş modeller, işlem sırasındaki hear basıncı testlerinde test edilir ve yüksek değerli deniz veya deniz gemilerinde yüksek değerli deniz veya deniz tekneleri ölçmek için yüksek çözünürlükte bulunur.
Couplings, Keyways ve Flanges
mili bölümleri ve mili ve pervaner arasındaki bağlantı, kayma veya aşırı stres olmadan tam tork iletmelidir. Ortak darbe türleri şunları içerir:
- [FONT:0]Zengin darbeleri: Vakumlu yataklarda bulunan Bolted bağlantıları kritiktir.
- [FONT:0)Gear darbeleri: [DFLT:1] Küçük yanlışlığa izin vermek ama yağdırmak gerekir.
- [FONT:0)Hydraulic veya büzüşmeler:[Dönler:[Dönler) Yüksek tork kapasitelerini anahtar yollardan olmadan sağlar, stres konsantrasyonlarını ortadan kaldırır.
Anahtarlar ve splines gelenekseldir, ancak yorgunluk kaygıları nedeniyle modern tasarımlarda anahtarsız bağlantılar tarafından değiştirilir. anahtar yollar kullanıldığında, anahtar uzunluk ve hear alanı yeterli olmalı ve merkez verimsizliği önlemek için yeterince güçlü olmalıdır. standart anahtar yol derinliği yaklaşık 0,5 kat anahtar genişliğidir ve anahtar milden daha yüksek bir güçle bir malzemeden yapılır.
Flange tasarımı benzer ilkeleri takip eder: flange kalınlığı, cıvata önceden yük altında bükmeyi önlemek için yeterli olmalıdır ve cıvatalar oar ve çekme yüklerine dayanmaktadır. flange-to-shaft geçişi dolgun yarınlama yaşam için çok önemlidir.
Başarısızlık Modular ve Önleme
Propeller mil başarısızlıkları nadir ama ciddi. torsion altındaki ortak başarısızlık modları şunlardır:
- [FONT:0)Fatigue çatlakları:[Dönetici: 0,4][/FONT=0)[değiştir | kaynağı değiştir] • Üstte bulunanlar için anahtar yollara veya doldurmalar. genellikle küçük bir çatlak olarak başlar ve propagates aniden kırılır.
- [FONT:0]Brittle kırıldı: [Dönetici: [Dönüşük koşullar veya zayıf malzeme sertliği ile.
- [FONT:0)Torsional boğa:[Dönetici:[Döneme:0)Torsional buckling:[Dönedeki boş miller aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı aşırı yük nedeniyle deniz milislerinde mümkün.
- [FONT:0]Yielding ve kalıcı bir bükülme: Eğer tork malzemenin verim noktasını aşıyorsa, mil sürekli bir set alır, yanlışlığa yol açar.
Önleme, doğru tasarım marjlarını içerir (tipik olarak 2.5-4 güvenlik faktörü), normal denetim ( manyetik parçacık veya ultrasonik gibi): ve torsional vibrasyonunu izlemek. Birçok modern gemi, torsional vibrika ve rotasyon hız ölçmek için gerçek zamanlı olarak mil gücü yükler.
Standartlar ve Sınıf Gereksinimleri
Marine mil tasarımı, İZFLT gibi sınıflandırma toplumları tarafından yönetilir:0)ABS[DÜT:1), [[FONTD:2)DNV), 03.05.2012|Lloyd's Register ve [[Dönetici|Dönetici|Dönetici|Dönetici|Döneticileri, malzeme testlerini, güvenlik faktörlerini ve TVA gereksinimlerini belirtir. Örneğin, DNV's-RU-YEN-Y Bölüm 4 Ch.4[D)[Dönlendirmeler[Dönlendirmeler, sertifikalar ve analizleri içerir.
ISO 4863[Döneticiler için ipuçları – Genel gereksinimler) ve ) ISO 7914) (Shaft uçları ve merkezler - bu standartları kullanarak rehberlik sağlar.
Pervane'deki Future Trends in Propeller Shaft Torsion Design
Deniz tahrikli evrimler olarak, torsion analizi adapte edilmelidir. Anahtar eğilimleri şunları içerir:
- [FONT=0)Elektrik ve hibrit tahrik: [Dönetici: Torun özellikleri dizel motorlardan farklıdır; elektrikli motorlar sıfır hızdan yakın-konstant tork sağlar, başlangıç ve geri dönüş yüklerinin dikkatli analizi gerektirir.
- [FONT=0) Yüksek güç yoğunluğu: [Dönetici: [Döntgen: 0,0) Yüksek güç yoğunluğu: [Dönetici: [DüzgT:1], gelişmiş alaşımları kullanan miller (örneğin, yüksek güçlü çelikler, titanyum) veya kompozitler. Kompozit miller farklı torsion başarısızlık modları vardır ve yeni analiz yaklaşımları gerektirir.
- [FONT:0) Dijital ikizler:[Dönetici:[Dönetici:0) Gerçek zamanlı torsion izleme dijital ikizlerle birlikte bir araya gelme, tahmin edilebilir bakım ve en iyi operasyon sağlar.
- [FONT:0)Eksisiz üretim: [D-printed mil bileşenleri (örneğin, darbeler) karmaşık iç geometriler ile stres azaltımı için.
Örneğin, kompozit miller (karbon fiber takviyeli polimer) çelikten daha yüksek özel güce ve sertliklere sahiptir, ancak torsion altında torsion. Analiz, anisotropic özellikleri ve bağ bütünlüğü için hesaplanmalıdır. Çelik uçları ve kompozit orta bölümlerle Hybrid tasarımları ağırlık azaltımı için araştırılır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Torsion, deniz pervane mililerinin tasarımı ve analizinde temel torsion formülünden ileri sonlu element ve vibrasyon analizine kadar, mühendisler milinin ve titreşim risklerini nasıl azaltacağını ve sınıflandırma kurallarını nasıl azaltacağını tam olarak anlamalıdırlar.
Tasarım sürecine sağlam torsion analizi entegre ederek, gemi yapıcıları ve operatörleri pahalı hataları engelleyebilir, bakımları azaltabilir ve deniz mühendisliğindeki en kritik bileşenlerinden birini genişletebilir.